Propriétés thermodynamiques et effets quantiques des trous noirs, y compris la température et l'information.La thermodynamique quantique des trous noirs étend la thermodynamique classique des trous noirs en incorporant les effets de la théorie quantique des champs. Elle décrit les trous noirs comme des systèmes thermodynamiques avec une température (rayonnement de Hawking), une entropie (proportionnelle à l'aire de l'horizon) et d'autres variables d'état, tout en abordant des énigmes comme le paradoxe de l'information et l'origine microscopique de l'entropie. Ce cadre relie la gravité, la mécanique quantique et la thermodynamique, offrant des perspectives sur la nature de l'espace-temps au niveau quantique.
Les fondations ont été posées par Jacob Bekenstein dans les années 1970, qui a proposé l'entropie des trous noirs, et Stephen Hawking, qui a dérivé la température des trous noirs en 1974. Les développements ultérieurs incluent le principe holographique et les calculs de microétats en théorie des cordes.
Près de l'horizon d'un trou noir, les fluctuations quantiques du vide se polarisent, conduisant à l'émission d'un rayonnement thermique (rayonnement de Hawking) avec une température inversement proportionnelle à la masse du trou noir. L'entropie, donnée par la formule de Bekenstein-Hawking, compte les états quantiques microscopiques de l'horizon. Les corrections quantiques modifient ces relations, par exemple en ajoutant des termes logarithmiques, et peuvent affecter la manière dont les trous noirs s'évaporent ou interagissent avec les champs environnants.
Ces concepts guident la recherche en gravité quantique, y compris les tentatives de résoudre le paradoxe de l'information, et sont utilisés pour modéliser l'évaporation des trous noirs et ses signatures observationnelles potentielles dans les données des ondes gravitationnelles.
Un trou noir ayant la masse de la Lune aurait une température d'environ 0,001 kelvin, plus froide que le fond diffus cosmologique, donc il absorberait plus de rayonnement qu'il n'en émet.
| T_BKT | variable | BKT transition temperature — température kelvin |
| ρ_s | variable | Superfluid density at zero temperature — densité superfluide kilogram per metre |
| T_bb | variable | Blackbody temperature — température kelvin |
| M | variable | Mass of the accreting object — masse kilogram |
| a | variable | Positive exponent for mass scaling |
| dot_m | variable | Mass accretion rate — débit massique kilogram per second |
| b | variable | Positive exponent for accretion rate scaling |
| ∝ | opérateur | Proportional to — proportionnalité |
| T_H | variable | Hawking temperature of the black hole — température kelvin |
| κ | variable | surface gravity of the black hole — gravité de surface metre per second squared |
| ħ | constante | fundamental constant equal to h/(2π), relating angular frequency to energy — constante de Planck réduite = 1.054571817e-34 joule second |
| k_B | constante | fundamental constant relating temperature to energy — constante de Boltzmann = 1.380649e-23 joule per kelvin |
| T | variable | Hawking temperature of the black hole — température kelvin |
| M | variable | Mass of the black hole — masse kilogram |
| \hbar | constante | Reduced Planck constant, fundamental quantum of action — constante de Planck réduite = 1.054571817e-34 joule second |
| c | constante | Speed of light in vacuum, universal speed limit — vitesse de la lumière = 299792458 metre per second |
| G | constante | Newtonian constant of gravitation, sets strength of gravity — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| k_B | constante | Boltzmann constant, relates temperature to energy — constante de Boltzmann = 1.380649e-23 joule per kelvin |
| T_eff | variable | Effective temperature — température kelvin |
| F_lambda | variable | Spectral flux density per unit wavelength — spectral flux density watt per metre cubed |
| lambda | variable | Wavelength — longueur d'onde metre |
| sigma | constante | Relates total blackbody flux to temperature — constante de Stefan-Boltzmann = 5.670374419e-8 watt per metre squared per kelvin to the fourth |
| ∫ | opérateur | Integration over all wavelengths — intégrale |
| ΔT/T | variable | Relative temperature fluctuation of CMB — fluctuation de température |
| Φ | variable | Gravitational potential perturbation — potentiel gravitationnel metre squared per second squared |
| η | variable | Conformal time — conformal time second |
| ∫ | opérateur | Integrates over conformal time along the photon path — intégrale |
| dot | opérateur | Derivative with respect to conformal time — dérivée temporelle |
